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阿德萊德/復旦/上理工Nat. Commun.：氟化COF實現高倍率和耐用的水系鋅離子電池

可充水系鋅離子電池（RZIBs）由于其低成本、無毒和本質安全性，為現有鋰離子電池提供了有希望的補充。然而，鋅負極存在鋅枝晶生長和電解液腐蝕等問題，可逆性較差。

澳大利亞阿德萊德大學郭再萍、復旦大學盧紅斌、郭佳、上海理工大學彭成信等開發了一種超薄的氟化二維多孔共價有機框架(FCOF)膜作為Zn表面的保護層。

圖1 FCOF結構設計及穩定機理闡明

FCOF薄膜優勢在于：

i)FCOF中的F與Zn之間的強相互作用降低了Zn (002)晶面的表面能，從而在電沉積過程中實現了沿(002)晶面的優先平面生長；

ii) FCOF薄膜連續致密，與Zn有很強的附著力，完整地保持在Zn表面，從而提供持久的保護；

iii) 二維堆疊和共價鍵使薄膜實現了>30 GPa的彈性模量，可以緩沖循環過程中Zn的體積膨脹；

iv) FCOF薄膜非常輕薄，可在納米級精確調節，而不會影響Zn負極的能量密度；

v)含氟多孔納米通道賦予薄膜良好的疏水性，有利于去溶劑化，從而促進水合Zn²⁺的快速傳輸，并減少水系電解液對Zn的腐蝕。

圖2 改性鋅負極的性能

因此，FCOF@Zn對稱電池在40 mA cm^?2的超高電流密度下可實現超過750 h的穩定性。與二氧化錳正極配對組裝的全電池，在貧電解液、高面積容量正極和有限鋅過量的實用條件下，穩定循環超過250次。

該方法的二維COF設計也可用于其他無枝晶、長壽命和高安全性的金屬負極電池，如鋰、鈉、鉀和鎂。重要的是，抑制枝晶形成的穩定機制不限于FCOF，因此，它可能合理地導致先進隔膜和液體/凝膠/固體電解質的材料設計，以實現高能量密度電池。

圖3 全電池性能

Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26947-9

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